JP2002287187A - 非線形光学材料及びその製造方法 - Google Patents
非線形光学材料及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 実用的な２次の非線形感受率を有するガラス
材料を実現する。 【解決手段】 ＴｅＯ２ガラス中にＡｕを２８〜３４ｍ
ｏｌ％添加する。Ａｕの代わりに、Ｐｔでもよい。
材料を実現する。 【解決手段】 ＴｅＯ２ガラス中にＡｕを２８〜３４ｍ
ｏｌ％添加する。Ａｕの代わりに、Ｐｔでもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技分野】本発明は、非線形光学材料及び
その製造方法に関し、より具体的には、ガラスをベース
とする非線形光学材料及びその製造方法に関する。
その製造方法に関し、より具体的には、ガラスをベース
とする非線形光学材料及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信及び情報処理の分野では、２次の
非線形特性を利用したデバイスが数多く利用される。そ
のような非線形デバイスには、ＬｉＮｂＯ３に代表され
る高非線形の結晶が用いられる。
非線形特性を利用したデバイスが数多く利用される。そ
のような非線形デバイスには、ＬｉＮｂＯ３に代表され
る高非線形の結晶が用いられる。
【０００３】一方、ガラスは、反転対称を有し、２次の
光学的非線形特性を示さないが、熱又は紫外光と同時に
高電圧を印加するポーリング処理を行うことで２次の非
線形特性を示すようになる。紫外光を照射しながら高電
圧を印加した１５ｍｏｌ％ＧｅＯ２−８５ｍｏｌ％Ｓｉ
Ｏ２の場合で、χ（２）＝６．８（ｐｍ／Ｖ）である。
一般に、３次の非線形感受率χ（３）が大きい程、２次
の非線形感受率χ（２ ）も大きいと言われている。しか
し、ＧｅＯ２−ＳｉＯ２よりもχ（３）が大きいＴｅＯ
２ガラスでも、熱・電場ポーリングした２０ｍｏ１％Ｗ
Ｏ３−８０ｍｏｌ％ＴｅＯ２のχ（２）は最大で２．１
（ｍｐ／Ｖ）である。
光学的非線形特性を示さないが、熱又は紫外光と同時に
高電圧を印加するポーリング処理を行うことで２次の非
線形特性を示すようになる。紫外光を照射しながら高電
圧を印加した１５ｍｏｌ％ＧｅＯ２−８５ｍｏｌ％Ｓｉ
Ｏ２の場合で、χ（２）＝６．８（ｐｍ／Ｖ）である。
一般に、３次の非線形感受率χ（３）が大きい程、２次
の非線形感受率χ（２ ）も大きいと言われている。しか
し、ＧｅＯ２−ＳｉＯ２よりもχ（３）が大きいＴｅＯ
２ガラスでも、熱・電場ポーリングした２０ｍｏ１％Ｗ
Ｏ３−８０ｍｏｌ％ＴｅＯ２のχ（２）は最大で２．１
（ｍｐ／Ｖ）である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＬｉＮｂＯ３等の非線
形結晶は、波長変換などで実用的な効率を発揮できる。
しかし、高価である。また、製造に時間がかかるので、
大量生産に向かない。また、有機材料は安価に製造でき
るが、レーザ照射により損傷しやすいという問題点があ
る。
形結晶は、波長変換などで実用的な効率を発揮できる。
しかし、高価である。また、製造に時間がかかるので、
大量生産に向かない。また、有機材料は安価に製造でき
るが、レーザ照射により損傷しやすいという問題点があ
る。
【０００５】他方、ガラスは、低コストで大量に生産で
き、様々な元素を組み合わせることで、多様な光学特性
を実現できる。ポーリングを施すことで第二次高調波を
発生する多元系酸化物ガラスは数多く存在するが、実用
化に耐えうる２次の非線形光強度を有するものは、まだ
発見されていない。
き、様々な元素を組み合わせることで、多様な光学特性
を実現できる。ポーリングを施すことで第二次高調波を
発生する多元系酸化物ガラスは数多く存在するが、実用
化に耐えうる２次の非線形光強度を有するものは、まだ
発見されていない。
【０００６】本発明は、実用上、支障のない２次の非線
形感受率を具備するガラスベースの非線形光学材料及び
その製造方法を提示することを目的とする。
形感受率を具備するガラスベースの非線形光学材料及び
その製造方法を提示することを目的とする。
【０００７】本発明はまた、安定した２次の非線形感受
率を具備するガラスベースの非線形光学材料及びその製
造方法を提示することを目的とする。
率を具備するガラスベースの非線形光学材料及びその製
造方法を提示することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る非線形光学
材料は、Ｔｅ及びＢｉの一方の酸化物をベースとするガ
ラス材料に貴金属を添加したことを特徴とする。貴金属
は、例えば、Ａｕ又はＰｔからなり、Ａｕの方が製造し
やすい。Ａｕの場合、添加量は、２７〜３４ｍｏｌ％が
好ましい。
材料は、Ｔｅ及びＢｉの一方の酸化物をベースとするガ
ラス材料に貴金属を添加したことを特徴とする。貴金属
は、例えば、Ａｕ又はＰｔからなり、Ａｕの方が製造し
やすい。Ａｕの場合、添加量は、２７〜３４ｍｏｌ％が
好ましい。
【０００９】本発明に係る非線形光学材料の製造方法
は、Ｔｅ及びＢｉの一方の金属板及び添加すべき貴金属
をターゲットとして、酸素を含む雰囲気中で電子を印加
することにより、所定量の当該貴金属を含有するガラス
材料を生成し、当該ガラス材料をポーリングすることを
特徴とする。貴金属は、例えば、Ａｕ又はＰｔからな
り、Ａｕの方が製造しやすい。Ａｕの場合、添加量は２
７〜３４ｍｏｌ％が好ましい。ポーリングの際の印加電
圧が３ｋＶ、加熱温度が１５０乃至２５０゜Ｃの範囲
が、好ましい。
は、Ｔｅ及びＢｉの一方の金属板及び添加すべき貴金属
をターゲットとして、酸素を含む雰囲気中で電子を印加
することにより、所定量の当該貴金属を含有するガラス
材料を生成し、当該ガラス材料をポーリングすることを
特徴とする。貴金属は、例えば、Ａｕ又はＰｔからな
り、Ａｕの方が製造しやすい。Ａｕの場合、添加量は２
７〜３４ｍｏｌ％が好ましい。ポーリングの際の印加電
圧が３ｋＶ、加熱温度が１５０乃至２５０゜Ｃの範囲
が、好ましい。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１１】本発明の第１実施例は、貴金属Ａｕを拡散
した酸化物ガラス材料ＴｅＯ２からなる。図１は、Ａｕ
の含有率に対するＳＨＧの発光強度の測定結果を示す。
縦軸は、ＳＨＧ発光強度を示し、横軸は、Ａｕの含有率
を示す。縦軸は、ＬｉＮｂＯ ３の２次の非線形光強度で
規格化されている。Ａｕの含有率としては、２８ｍｏｌ
％乃至３４ｍｏｌ％が好ましい。Ａｕを約３３ｍｏｌ％
添加した場合で、ほとんど、ＬｉＮｂＯ３の場合と同じ
２次非線形発光強度が得られている。
した酸化物ガラス材料ＴｅＯ２からなる。図１は、Ａｕ
の含有率に対するＳＨＧの発光強度の測定結果を示す。
縦軸は、ＳＨＧ発光強度を示し、横軸は、Ａｕの含有率
を示す。縦軸は、ＬｉＮｂＯ ３の２次の非線形光強度で
規格化されている。Ａｕの含有率としては、２８ｍｏｌ
％乃至３４ｍｏｌ％が好ましい。Ａｕを約３３ｍｏｌ％
添加した場合で、ほとんど、ＬｉＮｂＯ３の場合と同じ
２次非線形発光強度が得られている。
【００１２】図２は、ＴｅＯ２ガラス中でのＡｕ原子の
分布の模式図を示す。Ａｕは酸化しないので、母材の酸
化物ガラスと化合せず、ガラス内でインターカレーショ
ンしている。
分布の模式図を示す。Ａｕは酸化しないので、母材の酸
化物ガラスと化合せず、ガラス内でインターカレーショ
ンしている。
【００１３】ＴｅＯ２ガラス、特にＡｕを含有するＴｅ
Ｏ２ガラスは、高周波スパッタ法により容易に作成でき
る。図３は、スパッタ装置内の概略構成ブロック図を示
す。チェンバ１０内の一方の水冷台１２上に金属Ｔｅタ
ーゲット基板１４を載せ、ターゲット基板１４の面上に
Ａｕ薄膜１６を分散配置する。ターゲット基板１４に載
せるＡｕ薄膜１６の枚数を調整することで、ＴｅＯ２ガ
ラス中のＡｕ濃度を調節する。水冷台１２に向き合う別
の水冷台１８上にＴｅＯ２ガラスを形成すべき基板２０
を載せる。チェンバ１０内にアルゴンガスと酸素を流入
しつつ、高周波電源２２により台１８，１２間に高周波
を印加する。
Ｏ２ガラスは、高周波スパッタ法により容易に作成でき
る。図３は、スパッタ装置内の概略構成ブロック図を示
す。チェンバ１０内の一方の水冷台１２上に金属Ｔｅタ
ーゲット基板１４を載せ、ターゲット基板１４の面上に
Ａｕ薄膜１６を分散配置する。ターゲット基板１４に載
せるＡｕ薄膜１６の枚数を調整することで、ＴｅＯ２ガ
ラス中のＡｕ濃度を調節する。水冷台１２に向き合う別
の水冷台１８上にＴｅＯ２ガラスを形成すべき基板２０
を載せる。チェンバ１０内にアルゴンガスと酸素を流入
しつつ、高周波電源２２により台１８，１２間に高周波
を印加する。
【００１４】ＴｅＯ２の昇華点が４５０゜Ｃと低いの
で、ターゲット材にＴｅ金属を用い、酸素と反応させな
がらのスパッタが、ＴｅＯ２系ガラスを作製するのに有
効である。その際、Ａｕを同時に蒸発させ、ＴｅＯ２系
ガラスに拡散させることで、所望の濃度のＡｕを含有す
るＴｅＯ２系ガラスを生成できる。
で、ターゲット材にＴｅ金属を用い、酸素と反応させな
がらのスパッタが、ＴｅＯ２系ガラスを作製するのに有
効である。その際、Ａｕを同時に蒸発させ、ＴｅＯ２系
ガラスに拡散させることで、所望の濃度のＡｕを含有す
るＴｅＯ２系ガラスを生成できる。
【００１５】試料作成条件として、高周波マグネトロン
スパッタリング法の場合、印加電力を２０Ｗ近傍、内部
ガス圧を１Ｐａ、ガス流量をＡｒ：Ｏ２=５：６ＳＣＣ
Ｍとした。第２次高調波を発生させるポーリング条件と
して、印加電圧を３ＫＶとした場合で、加熱温度１５０
〜２５０゜Ｃが最適であった。
スパッタリング法の場合、印加電力を２０Ｗ近傍、内部
ガス圧を１Ｐａ、ガス流量をＡｒ：Ｏ２=５：６ＳＣＣ
Ｍとした。第２次高調波を発生させるポーリング条件と
して、印加電圧を３ＫＶとした場合で、加熱温度１５０
〜２５０゜Ｃが最適であった。
【００１６】Ａｕ以外にＰｔを調べた。試作した試料で
は、印加電場を３ｋＶとし、１５０〜２００゜Ｃでポー
リング処理した場合、金に比べ約半分の強度の第２次高
調波が発生した。従って、Ｐｔを含有したＴｅＯ２ガラ
スも、非線形光学ガラスとして有効である。
は、印加電場を３ｋＶとし、１５０〜２００゜Ｃでポー
リング処理した場合、金に比べ約半分の強度の第２次高
調波が発生した。従って、Ｐｔを含有したＴｅＯ２ガラ
スも、非線形光学ガラスとして有効である。
【００１７】理論的には、 χ（２）＝３・χ（３）・Ｅｄｃ が成立するといわれている。Ｅｄｃは内部電場である。
添加されたＡｕ又はＰｔが内部電場Ｅｄｃを大きくして
いると思われる。他の貴金属（例えば、・・・）も、Ａ
ｕ及びＰｔと同様に、添加されることでＴｅＯ２ガラス
の２次の非線形感受率を改善すると推測される。但し、
上述のように、ＴｅＯ２ガラスを作成する方法として、
酸素雰囲気中でのスパッタが優れている。この点では、
酸素と結合しない又は結合しにくい貴金属が添加材とし
て望ましい。
添加されたＡｕ又はＰｔが内部電場Ｅｄｃを大きくして
いると思われる。他の貴金属（例えば、・・・）も、Ａ
ｕ及びＰｔと同様に、添加されることでＴｅＯ２ガラス
の２次の非線形感受率を改善すると推測される。但し、
上述のように、ＴｅＯ２ガラスを作成する方法として、
酸素雰囲気中でのスパッタが優れている。この点では、
酸素と結合しない又は結合しにくい貴金属が添加材とし
て望ましい。
【００１８】また、ＴｅＯ２以外にも、Ｂｉ２Ｏ３が高
い３次非線形特性を示す。従って、Ｂｉ２Ｏ３をベース
とする酸化ガラスに貴金属Ａｕ又はＰｔ等を拡散させた
ものも、高い２次及び３次の非線形特性を示すと思われ
る。
い３次非線形特性を示す。従って、Ｂｉ２Ｏ３をベース
とする酸化ガラスに貴金属Ａｕ又はＰｔ等を拡散させた
ものも、高い２次及び３次の非線形特性を示すと思われ
る。
【００１９】
【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、十分に実用的な非線形特性を有す
る非線形ガラス材料、特に非線形ガラス薄膜を提供でき
る。製造が容易であるので、種々の非線形光学デバイス
を安価且つ大量に製造できる。
に、本発明によれば、十分に実用的な非線形特性を有す
る非線形ガラス材料、特に非線形ガラス薄膜を提供でき
る。製造が容易であるので、種々の非線形光学デバイス
を安価且つ大量に製造できる。
【図１】 本発明の一実施例であるＡｕ含有ＴｅＯ２ガ
ラスの２次非線形光強度の測定例である。
ラスの２次非線形光強度の測定例である。
【図２】 ＴｅＯ２ガラス中のＡｕの分布を示す模式図
である。
である。
【図３】 本実施例を製造する際のスパッタ装置内の配
置図である。
置図である。
１０：チェンバ １２：水冷台 １４：金属Ｔｅターゲット基板 １６：Ａｕ薄膜 １８：水冷台 ２０：ＴｅＯ２ガラスを形成する基板 ２２：高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 英明 埼玉県上福岡市大原二丁目１番15号株式会 社ケイディディ研究所内 Ｆターム(参考） 2K002 CA15 FA27 HA14 HA20 4G062 AA04 AA15 BB11 CC06 MM04 MM40 NN35 NN40 PP12
Claims (7)
- 【請求項１】 Ｔｅ及びＢｉの一方の酸化物をベースと
するガラス材料に貴金属を添加したことを特徴とする非
線形光学材料。 - 【請求項２】 当該貴金属がＡｕ及びＰｔの少なくとも
一方を具備する請求項１に記載の非線形光学材料。 - 【請求項３】 当該貴金属がＡｕであり、２７〜３４ｍ
ｏｌ％添加されている請求項１に記載の非線形光学材
料。 - 【請求項４】 Ｔｅ及びＢｉの一方の金属板及び添加す
べき貴金属をターゲットとして、酸素を含む雰囲気中で
電子を印加することにより、所定量の当該貴金属を含有
するガラス材料を生成し、当該ガラス材料をポーリング
することを特徴とする非線形光学材料の製造方法。 - 【請求項５】 当該貴金属がＡｕ及びＰｔの少なくとも
一方を具備する請求項４に記載の非線形光学材料の製造
方法。 - 【請求項６】 当該貴金属がＡｕであり、２７〜３４ｍ
ｏｌ％添加されている請求項４に記載の非線形光学材料
の製造方法。 - 【請求項７】 ポーリングの際の印加電圧が３ｋＶ、加
熱温度が１５０乃至２５０゜Ｃの範囲である請求項４に
記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001088194A JP2002287187A (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | 非線形光学材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001088194A JP2002287187A (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | 非線形光学材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002287187A true JP2002287187A (ja) | 2002-10-03 |
Family
ID=18943324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001088194A Withdrawn JP2002287187A (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | 非線形光学材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002287187A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006030574A1 (ja) * | 2004-09-17 | 2006-03-23 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | ポーリング用ガラス組成物と非線形光学ガラス材料ならびに非線形光学素子 |
-
2001
- 2001-03-26 JP JP2001088194A patent/JP2002287187A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006030574A1 (ja) * | 2004-09-17 | 2006-03-23 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | ポーリング用ガラス組成物と非線形光学ガラス材料ならびに非線形光学素子 |
| GB2433498A (en) * | 2004-09-17 | 2007-06-27 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Glass composition for poling and non-linear optical glass material, and non-linear optical element |
| JPWO2006030574A1 (ja) * | 2004-09-17 | 2008-05-08 | 日本板硝子株式会社 | ポーリング用ガラス組成物と非線形光学ガラス材料ならびに非線形光学素子 |
| GB2433498B (en) * | 2004-09-17 | 2009-09-23 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Glass composition for poling and non-linear optical glass material, and non-linear optical element |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080603 |